電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒教學(xué)課件

電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒1、合法而穩(wěn)定的權(quán)力在使用得當(dāng)時很少遇到抵抗。——塞·約翰遜2、權(quán)力會使人漸漸失去溫厚善良的美德?！?、最大限度地行使權(quán)力總是令人反感；權(quán)力不易確定之處始終存在著危險。——塞·約翰遜4、權(quán)力會奴化一切?！髻?、雖然權(quán)力是一頭固執(zhí)的熊，可是金子可以拉著它的鼻子走?！勘入姶鸥袘?yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒1、合法而穩(wěn)定的權(quán)力在使用得當(dāng)時很少遇到抵抗。——塞·約翰遜2、權(quán)力會使人漸漸失去溫厚善良的美德?！?、最大限度地行使權(quán)力總是令人反感；權(quán)力不易確定之處始終存在著危險?！ぜs翰遜4、權(quán)力會奴化一切。——塔西佗5、雖然權(quán)力是一頭固執(zhí)的熊，可是金子可以拉著它的鼻子走?！勘?電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒1．理解電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒，理解安培力做功與電能單位關(guān)系．(重點)2．理解反電動勢的概念．(難點)3．了解含反電動勢電路中的能量轉(zhuǎn)化.一、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化1．電磁感應(yīng)的本質(zhì)——能量轉(zhuǎn)化電磁感應(yīng)的過程，實質(zhì)上是一個能量轉(zhuǎn)化與守恒的過程．可以說它是能量轉(zhuǎn)化與守恒定律在電磁現(xiàn)象中的一個特例．通過克服安培力做功，將其他能量(非電能)轉(zhuǎn)化為電能，克服安培力做多少功，就有多少其他能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)量的電能；當(dāng)產(chǎn)生的電流通過用電器后，同時將轉(zhuǎn)化來的電能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成其他非電能．因此，電磁感應(yīng)過程總伴隨著能量轉(zhuǎn)化．3．關(guān)于電磁感應(yīng)的能量問題，要注意以下分析程序：(1)準(zhǔn)確應(yīng)用電磁感應(yīng)定律確定感應(yīng)電動勢的大?。粶?zhǔn)確應(yīng)用楞次定律或右手定則，判定感應(yīng)電動勢的方向．(2)畫出等效電路，求解電路中各相關(guān)參量．(3)研究導(dǎo)體機械能的變化，利用能量轉(zhuǎn)化與守恒關(guān)系，列出機械運動功率變化與電路中電功率變化的守恒關(guān)系式．二、含反電動勢電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系電動機正常工作時產(chǎn)生反電動勢，方向與電源電動勢的方向相反，這時需要電源克服反電動勢做功，使電源提供的總能量一部分通過線圈的電阻產(chǎn)生焦耳熱，另一部分轉(zhuǎn)化為機械能，總能量是守恒的．【典例1】

如圖1－5－3所示，處于勻強磁場中的兩根足夠長、電阻不計的平行金屬導(dǎo)軌相距1m，導(dǎo)軌平面與水平面成θ＝37°角，下端連接阻值為R的電阻．勻強磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直．質(zhì)量為0.2kg、電阻不計的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，它們之間的動摩擦因數(shù)為0.25.(1)求金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑時的加速度大??；(2)當(dāng)金屬棒下滑速度達(dá)到穩(wěn)定時，電阻R消耗的功率為8W，求該速度的大??；(3)在上問中，若R＝2Ω，金屬棒中的電流方向由a到b，求磁感應(yīng)強度的大小與方向．(g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)解析(1)金屬棒開始下滑的初速為零，根據(jù)牛頓第二定律mgsinθ－μmgcosθ＝ma①由①式解得a＝10×(0.6－0.25×0.8)m/s2＝4m/s2②答案(1)4m/s2

(2)10m/s(3)0.4T，垂直于導(dǎo)軌平面向上借題發(fā)揮電磁感應(yīng)中與力學(xué)相關(guān)的綜合問題，還須按照力學(xué)問題的解題思路和處理方法，從受力分析到過程分析，從列出方程到解出結(jié)果，只是多出安培力而已．牛頓第二定律和平衡條件仍是列方程的基本依據(jù)．【變式1】如圖1－5－4所示，線圈由A位置開始下落，在磁場中受到的磁場力如果總小于重力，則它在A、B、C、D四個位置時，加速度大小關(guān)系為(

)．A．a(chǎn)A>aB>aC>aDB．a(chǎn)A＝aC>aB>aDC．a(chǎn)A＝aC>aD>aBD．a(chǎn)A>aC>aB＝aD解析線圈在A、C位置時，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈只受重力作用，在B、D位置時穿過線圈的通量變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流從而阻礙線圈的下落，并且在D點時線圈的速度大于線圈在B點的速度，磁通量變化率較大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流也較大，從而受的安培力也較B點大，所以有aA＝aC>aB>aD，選項B正確．答案B【典例2】

如圖1－5－5所示，平行光滑的金屬導(dǎo)軌豎直放置，寬為L，上端接有阻值為R的定值電阻．質(zhì)量為m的金屬桿與導(dǎo)軌垂直放置且接觸良好，勻強磁場垂直于導(dǎo)軌平面，磁感應(yīng)強度為B.導(dǎo)軌和桿的電阻不計，金屬桿由靜止開始下落，下落h時速度達(dá)到最大，重力加速度為g，求：(1)金屬桿的最大速度vm；(2)金屬桿由靜止開始下落至速度最大過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量Q.借題發(fā)揮求解最大速度問題，一般是從受力分析入手，由牛頓第二定律列式，再經(jīng)過分析得出：當(dāng)a＝0時，速度最大．這種思路是解題的一種方法，本題也可以通過該方法求解．利用力學(xué)觀點處理問題的方法往往繁瑣，不如用能量觀點處理方便．像本例題求最大速度問題，盡管達(dá)最大速度前運動為變速運動，感應(yīng)電流(電動勢)都在變化，但達(dá)最大速度之后，感應(yīng)電流及安培力均恒定，計算熱量可用Q＝I2Rt，也可以利用能量守恒，這樣，對不少題目通過抓住速度最大之后速度不變這一關(guān)鍵條件出發(fā)，運用能量觀點處理，運算過程得以簡捷．【變式2】如圖1－5－6所示，豎直放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之間接有定值電阻R，質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并良好接觸且無摩擦，棒與導(dǎo)軌的電阻均不計，整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直．棒在豎直向上的恒力F作用下加速上升的一段時間內(nèi)，力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于(

)．A．棒的機械能增加量B．棒的動能增加量C．棒的重力勢能增加量D．電阻R上放出的熱量解析棒加速上升時受到重力、拉力F及安培力．根據(jù)功能原理可知力F與安培力做的功的代數(shù)和等于棒的機械能的增加量，A正確．答案A開拓視野列車的自動控制在現(xiàn)代列車自動控制系統(tǒng)中，車載控制器借助安裝于軌道上的應(yīng)答器的數(shù)據(jù)信息來確定列車位置．車載控制器會有一個軌道數(shù)據(jù)庫，包含許可速度、應(yīng)答器位置等信息，向列車提供車站停車位置、道岔位置、限制速度等．當(dāng)一輛列車駛過應(yīng)答器，它會收到一條標(biāo)識應(yīng)答器的消息，在檢測到兩個應(yīng)答器后，列車位置確定．如果只有一個應(yīng)答器未被檢測到，列車?yán)^續(xù)運行．應(yīng)答器間實際距離與測量距離不符且超出容限、連續(xù)兩個應(yīng)答器未被檢測到，車載控制器在信號機防護(hù)模式下都會產(chǎn)生緊急剎車．【典例3】

鐵路上使用一種電磁裝置向控制中心傳輸信號，以確定火車的位置．有一種磁鐵能產(chǎn)生勻強磁場，被安裝在火車首節(jié)車廂下面，如圖1－5－7所示(俯視圖)，當(dāng)它經(jīng)過安裝在兩鐵軌之間的線圈時，便會產(chǎn)生一種電信號被控制中心接收到．當(dāng)火車以恒定的速度通過線圈時，表示線圈兩端的電壓隨時間變化的關(guān)系是圖中的(

)．解析本題考查了動生電動勢的大小和方向．解題關(guān)鍵是將一個實際問題簡化成一個物理模型．當(dāng)火車頭中的磁場剛接觸線圈時，線圈中有一條邊切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E＝Blv；當(dāng)磁場完全進(jìn)入時，穿過線圈的磁通量不發(fā)生變化，無感應(yīng)電動勢；當(dāng)磁場要離開線圈時，線圈中又有一邊在切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝Blv.根據(jù)右手定則判斷知，兩段產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相反，也就是正負(fù)極相反．答案C1．如圖1－5－8所示，空間某區(qū)域中有一勻強磁場，磁感應(yīng)強度方向水平，且垂直于紙面向里，磁場上邊界b和下邊界d水平．在豎直面內(nèi)有一矩形金屬線圈，線圈上下邊的距離很短，下邊水平．線圈從水平面a開始下落．已知磁場上下邊界之間的距離大于水平面a、b之間的距離．若線圈下邊剛通過水平面b、c(位于磁場中)和d時，線圈所受到的磁場力的大小分別為Fb、Fc和Fd，則(

)．A．Fd＞Fc＞Fb B．Fc＜Fd＜FbC．Fc＞Fb＞Fd D．Fc＜Fb＜Fd答案D2．如圖1－5－9所示，有兩根和水平方向成α角的光滑平行的金屬軌道，上端接有可變電阻R，下端足夠長，空間有垂直于軌道平面的勻強磁場，磁感強度為B，一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下．經(jīng)過足夠長的時間后，金屬桿的速度會趨近于一個最大速度vm，則(

)．A．如果B增大，vm將變大B．如果α變大，vm將變大C．如果R變大，vm將變大D．如果m變小，vm將變大答案BC解析ab剛進(jìn)入磁場就做勻速運動，說明安培力與重力剛好平衡，在下落2d的過程中，重力勢能全部轉(zhuǎn)化為電能，電能又全部轉(zhuǎn)化為電熱，所以產(chǎn)生的電熱Q＝2mgd.答案2mgd4．CD、EF為兩足夠長的導(dǎo)軌，CE＝l，勻強磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直，磁感應(yīng)強度為B，導(dǎo)體CE連接一電阻R，導(dǎo)體ab質(zhì)量為m，框架與導(dǎo)體電阻不計，如圖1－5－11所示．框架平面與水平面成θ角，框架與導(dǎo)體ab間的動摩擦因數(shù)為μ，求：(1)導(dǎo)體ab下滑的最大速度．(2)設(shè)ab從靜止開始達(dá)到最大速度時下降的高度為h，利用能量觀點求這一變速過程中共在R上產(chǎn)生的熱量．單擊此處進(jìn)入活頁規(guī)范